铁矿斜坡道硬岩段快速爆破施工技术

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【摘要】 在矿山硬岩巷道施工的爆破效果中，为达到理想爆破效果，需选用爆速和起爆感度高、抗水性较强、可塑性好的水胶炸药；合理优化炮眼布置，使每个炮眼都能起到应有的爆破作用；合理的装药机构和堵塞炮泥，实现铁矿硬岩巷道高效、快速掘进。

【关键词】 铁矿斜坡道；直眼掏槽；反向装药；快速掘进；结论。

中图分类号：U656.2+1文献标识码： A 文章编号：

1 铁矿斜坡道硬岩爆破工程概述

1.1 巷道断面尺寸及特点

斜坡道工程全长4483m，斜坡道从地面标高80.000m 一直降坡降到-410.000m 深度，平均坡度为12%。净断面尺寸4.5m*4.1m（宽*高），三心拱结构。每400m 设错车道一处，其净断面尺寸7.8m*5.6m（宽*高）。共7 处弯道回旋向下，弯道半径均为30m，净断面尺寸5m*4.1m

（宽*高）。根据巷道尺寸特点，施工配备的出碴运输设备受到限制，为实现快速出碴，要求

岩碴越碎越好，所以爆破开挖要求爆碴块度尽可能减小。

1.2地质及水文情况

1.2.1 地层地质

会宝岭斜坡道工程施工位置处于新太古界泰山群山草峪组。泰山群山草峪组为主要的铁矿赋存层位，岩性主要为黑云变粒岩，局部夹磁铁石英岩、磁铁角闪石英岩、黑云角闪片岩等。其中磁铁石英岩、磁铁角闪石英岩，为（鞍山式）铁矿的含矿岩石，黑云变粒岩与黑云角闪片岩为矿体围岩。片麻理发育，总体走向280°～295°，倾向南，倾角70°～80°，厚度2000余米。山草峪组与下部地层土门群成角度不整合，土门群地层总体走向近南北至北西，倾向东至南东，倾角10°～15°。

区内泰山群变质地层经过强烈的变质变形作用形成了一系列紧密的复式褶皱。矿区内主要发育太白向斜。

1.2.2水文地质

会宝岭铁矿斜坡道工程岩石岩性主要为浅灰黑色黑云变粒岩，局部夹薄层石英岩及石英团块等。不等粒、变粒、变晶结构，片麻状构造，片麻理发育，矿物成分为黑云母、角闪石、石英等，岩层水平夹角40°～60°.黑云变粒岩含水段为承压含水层，自上而下张性裂隙较发育，含水层补给来源差，含水极差，为弱富水含水层。预计涌水量52.23m3/d。

2 硬岩爆破的炸药选型

在硬岩巷道施工的爆破效果中，炸药的正确选型十分重要。根据斜坡道的特点：岩石坚硬（普氏岩石坚固性系数13-17）、巷道断面小、通风距离长。

2号岩石乳化炸药：在硐口段及断层富水地段广泛采用，乳化炸药爆速和密度均较高，抗水性强；使用安全，但在硬岩中使用的乳化炸药应加铝粉、硫磺粉。

2号岩石水胶炸药：爆炸性能如爆速和起爆感度高，抗水性较强，可塑性好；使用安全。

同时具有较好的爆破除尘作用。

经过现场试验比较，临矿集团、中咨监理、山东科技大专家一致认同采用水胶炸药。

3 硬岩巷道爆破的炮眼布置方案研究

爆破破岩是巷道掘进作业中的一道重要工序。爆破的效果和质量直接影响装岩、支护的效果和质量，也直接关系到岩巷掘进施工的安全。掏槽爆破技术是平巷掘进爆破的关键技术，直接关系到一茬炮的成败。掏槽眼应根据巷道岩石的条件和巷道断面大小进行设置，通常布置在巷道中央偏下，并尽量选择有弱面的地方。目前在斜坡道掘进中常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。

掏槽眼首先爆破时，自由面和空间小，受到的夹制作用大，一般装药量较大。掏槽效果的好坏很大程度上决定了整个掘进爆破的效果。实际发生的炮眼利用率低、崩倒支架、飞石砸坏工作面设施等现象都是掏槽爆破设计不合理造成的。

在确定了合适的掏槽形式的基础上，设计了两种全断面的布孔方案，即对称布孔方案和等能量布孔方案，经过试验，等能量布孔方案比对称布孔方案爆破效率高出1.2%，但工人难以掌握，故工业试验还是采用了对称布孔方案。具体炮孔布置参数如下：

3.1单位炸药消耗量

根据修正的普氏公式，得

(1)

式中：q为单位岩石炸药消耗量，kg/m3；f为岩石坚固性系数；s为井巷断面，m2；k0为考虑炸药爆力的校正系数，k0=525/p，p为爆力(ml)；其余符号同前。计算得q=2.15 kg/m3。

3.2估算循环耗药量

(2)

式中：V为每循环爆破岩石体积，m3；l为炮孔深度，m；η为炮眼利用率，一般取0.8~1.0；其余符号同前。计算得Q=33.7kg

3.3估算炮眼数目

(3)

式中：N为炮眼数目，个；其余符号同前。计算得：N=19。

3.4掏槽眼间距的确定

根据应力波确定掏槽眼间距L：

(4)

式中：σN为岩石抗压强度，MPa；σf为岩石抗拉强度，MPa；α为炸药应力衰减系数，α=2.7；RK为空眼半径，RK =20mm；R0为装药眼半径，R0 =20mm；P为爆炸应力波径向初始峰值，P=3194.2MPa。

根据岩石力学性质测得σN和σf数值与其它物理量数值一并带入公式得：L=372mm。

根据经验公式确定L：

(5)

式中：ρ0为炸药密度，ρ0=0.9g/cm3；a0为装药不耦合系数, a0=1.3；g0为炸药相对威力系数，2号煤矿硝铵炸药g0=100；d0为炮孔直径，d0=40mm； ρk为岩石抗爆系数，取3.5。代入数值得：L=422mm。取500mm。

以上计算的掏槽眼间距均落在粉碎区外。

3.5其它炮孔参数

周边孔的布置与参数是决定光爆效果的关键，工程中根据有关经验数据布置。孔间距a取400mm；抵抗线W取650mm；辅助孔临界抵抗线取600~800mm；临界孔间距取600mm；装药系数取用0.7。

4 临沂会宝岭铁矿斜坡道工程101m 以下硬岩爆破作业图表

采用直眼掏槽、光面爆破方案。爆破炮眼布置图如图1 所示，炮眼布置表如表1 所示，

预期爆破效果如表2 所示：

图1 炮眼布置图

表1炮眼布置及装药量

5 装药结构及炮孔堵塞炮泥的爆破效果试验研究

5.1 装药机构

采用反向装药，先将起爆药包装入眼底，然后装被动药包，最后装满炮泥。此种装药方式起爆药包距自由面较远，爆炸气体不会立即从眼口冲出，爆炸能量得到充分利用，爆破效果较好。

5.2 炮眼的填塞

临沂会宝岭铁矿斜坡道工程独头掘进长度近2400m，通风压力大，炮眼的填塞质量对提高爆破效率和减少爆破有害气体起很大作用。采用机制炮泥堵塞。通过试验用机制炮泥进行爆破时，单位面积钻孔数、炸药单耗比不堵塞爆破时降低15-20％；机制炮泥堵塞爆破比散装泥袋堵塞爆破时，单位面积钻孔数、炸药单耗降低10-12％。机制炮泥堵塞炮孔后，爆破效果有明显改善，爆破有害气体大大减少。

6 结论

铁矿斜坡道硬岩钻爆施工技术，通过施工人员认真试验研究，取得了较好的成绩。以气腿式凿岩机钻爆，保持每月160 m 以上的快速掘进速度，其经济效益和社会效益非常显著。解决硬岩巷道爆破快速钻爆困难的原理和方法总结如下：

(1)长距离斜坡道坚硬岩石爆破的炸药采用2#岩石水胶炸药，爆破效果好，同时起到降低

爆破烟尘的作用。

(2)硬岩铁矿巷道钻爆法开挖要实现快速掘进，炮眼布置及掏槽爆破技术非常关键。合理

的炮眼布置和直眼掏槽技术，提高炮眼利用率，降低了炮眼数和炸药单耗。

(3)合理的装药机构和堵塞炮泥是实现铁矿硬岩巷道高效、快速掘进的重要手段。

会宝岭铁矿硬岩斜坡道与铁路、公路隧道工程相比，独头通风距离长，巷道断面小。采用此爆破技术较先进，钻爆指标在高效、经济方面达到了合理水平。

参考文献：

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